[论文解读] Modulus stabilisation in a backreacted warped geometry model via Goldberger-Wise mechanism

Ashmita Das, Tanmoy Paul+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 25, 2016

Theoretical and Computational Physics被引用 4

一句话总结

该论文通过将体标量场对五维度度规的反作用效应纳入考虑，扩展了在翘曲膜宇宙场景中通过Goldberger-Wise机制实现模场稳定性的方法。推导了修正后的径子质量及其与标准模型场的耦合，表明反作用效应诱导了对径子现象学的修正，且在反作用参数的主导阶近似下，结果与先前工作等价。

ABSTRACT

In the context of higher dimensional braneworld scenario, the stabilisation of extra dimensional modulus is an essential requirement for resolving the gauge hierarchy problem in the context of Standard Model of elementary particle Physics. For Randall-Sundrum (RS) warped extra dimensional model, Goldberger and Wise (GW) proposed a much useful mechanism to achieve this using a scalar field in the bulk spacetime ignoring the effects of backreaction of the scalar field on the background metric. In this article we examine the influence of the backreaction of the stabilising field on the stabilisation condition as well as that on the Physics of the extra dimensional modulus namely radion. In particular we obtain the modifications of the mass and the coupling of the radion with the Standard Model (SM) matter fields on the TeV brane due to backreaction effect. Our calculation also brings out an important equivalence between the treatments followed by Csaki et.al. in \cite{kribs} and Goldberger-Wise in \cite{GW1,GW_radion}.

研究动机与目标

• 研究当体标量场对五维度度规的反作用不可忽略时，Goldberger-Wise机制是否仍能维持模场的稳定化。
• 确定在完整反作用效应下，径子模场的修正稳定化条件。
• 计算由于反作用效应，径子场在TeV膜上与标准模型物质的修正质量与耦合。
• 在反作用参数的主导阶下，建立当前反作用模型与先前kribs和GW_radion结果之间的定量等价性。

提出的方法

• 求解包含反作用效应的、与具有二次势的体标量场耦合的完整五维爱因斯坦方程组。
• 从反作用解中推导出修正的翘曲因子与背景度规，采用与kribs中相同的四次自相互作用势。
• 通过积分掉标量场获得有效模场势，并确定稳定径子的最小值。
• 在稳定背景上展开度规与标量场，以提取径子场及其动能项与质量项。
• 通过能量-动量张量的迹计算径子与SM场（如希格斯玻色子和Z玻色子）的耦合，包含反作用修正。
• 将所得径子质量与耦合与原始GW机制及kribs反作用模型的结果进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 当标量场对度规的反作用不可忽略时，Goldberger-Wise机制是否仍能在翘曲膜宇宙模型中稳定模场？
• RQ2 与标准GW方法相比，反作用如何修改径子模场的稳定化条件？
• RQ3 由于反作用效应，径子质量及其与SM场的耦合存在何种修正？
• RQ4 在反作用参数的主导阶下，该反作用模型中的径子现象学是否与kribs或GW_radion中推导的结果等价？

主要发现

• 模场的稳定化条件因反作用而被修改，径子势的最小值现在显式依赖于反作用参数。
• 由于反作用，径子质量受到修正，尽管该修正被抑制但非零，尤其在参数 $ u r_c $ 较小时更为显著。
• 径子与希格斯场的耦合被一个因子 $ \exp{\left[\frac{l^{2}}{6}\exp{(-2u\pi r_{c})}\right]} $ 所修正，与非反作用情形相比降低了耦合强度。
• 对Z玻色子的耦合也受到相同的指数因子修正，且对反作用参数具有相同的依赖关系。
• 尽管形式不同，本工作所得径子质量与耦合的最终表达式在 $ u/k $ 的主导阶下与kribs中的结果等价。
• 结果表明，在小反作用极限下，GW中使用的二次势与kribs中使用的四次势之间存在非平凡关联，验证了两种方法的一致性。